溫度檢測標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙 玲，張光華，牟 儀，曹茂俊

(1.東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 引言

溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)的重要參數(shù)[1]，它直接影響研究結(jié)果、測量精度、反應(yīng)效果、設(shè)備性能，而溫度控制的基礎(chǔ)是溫度測量[2]。隨著21世紀(jì)計(jì)算機(jī)以及電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，如今的溫度測量儀器已解決了傳統(tǒng)測溫儀器功用單一、可視性低、不能長久保存數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)[3]。人們已不單單根據(jù)物理知識進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā)，而是將計(jì)算機(jī)及電子技術(shù)與物理知識相結(jié)合，研發(fā)更加精密的溫度測量儀器。

虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展而出現(xiàn)的高性能模塊化硬件。使用虛擬儀器的用戶可以通過操作顯示屏上的虛擬按鈕或面板，完成對被測量信號的采集、分析、判斷、調(diào)節(jié)和存儲等功能。LabVIEW是由美國國家儀器公司研制并開發(fā)的一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于 C 和 BASIC 開發(fā)環(huán)境[4-5]。本文利用虛擬儀器LabVIEW搭建了試驗(yàn)平臺，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障。

1 溫度檢測裝置

1.1 裝置模塊

溫度檢測裝置主要由五個(gè)模塊構(gòu)成。①參數(shù)設(shè)置模塊，包括對溫度上下限、采樣頻率、采樣模式和物理通道等參數(shù)的設(shè)置。②溫度顯示模塊。③溫度報(bào)警模塊。當(dāng)溫度過高或者過低時(shí)，通過兩個(gè)指示燈實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能。用戶也可以根據(jù)意愿選擇是否開啟警報(bào)聲音。④溫度曲線顯示模塊，顯示溫度走向及歷史波形。⑤程序控制模塊，可以在運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)采集開始或停止、記錄測試數(shù)據(jù)以及清空數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)、程序退出等功能。

1.2 裝置原理

圖1 裝置總體框圖 Fig.1 Overall scheme of the device

通過圖1可知，溫度檢測裝置主要是由待測儀表、機(jī)電輔助、標(biāo)準(zhǔn)器、供電系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。安裝待測儀表于卡盤上，通過信號線連接頭連接基表與接線背板。檢定恒溫槽中待測儀表在機(jī)電輔助系統(tǒng)的控制下依次所產(chǎn)生的溫度，準(zhǔn)確記錄測定時(shí)待測儀表的電流、溫度、電阻及標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡需采集的信號信息，由軟件系統(tǒng)對信號信息進(jìn)行最終處理解決。

溫度檢測系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 溫度檢測裝置原理圖 Fig.2 Principle of temperature detection device

2 裝置結(jié)構(gòu)

2.1 裝置硬件結(jié)構(gòu)

裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 裝置硬件結(jié)構(gòu)圖 Fig.3 Structure of the hardware device

溫度測試裝置的硬件主要由信號采集系統(tǒng)、溫度傳感器、溫度變送器、顯示系統(tǒng)構(gòu)成。溫度傳感器通過感受到外界的溫度得到模擬信號。模擬信號經(jīng)過溫度變送器的濾波放大功能傳遞給A/D采集卡；經(jīng)A/D采集卡,轉(zhuǎn)換成一定精度的數(shù)字信號,并被保存到計(jì)算機(jī)中。

硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)待測儀表的溫度、電阻和電流及標(biāo)準(zhǔn)器的電阻、溫度等信號的采集功能。而對于溫度變送器來說，電流信號的測量過程就是溫度的測量過程。溫度變送器需要對測量中所得到的溫度信號進(jìn)行電流信號的轉(zhuǎn)換，并處理輸入濾波電路中的電流信號，把處理的信號送入采集卡的模擬輸入端。將A/D采集卡在選擇通道中所接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為可被計(jì)算機(jī)識別的數(shù)字信號。

在硬件設(shè)計(jì)上，采用NI公司所研發(fā)的高精度數(shù)字萬用表模塊，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)及參數(shù)的測量與收集功能。為便于數(shù)據(jù)采集，采用的硬件設(shè)備為PXIe-8840控制器、PXIe-1082機(jī)箱、240 V電源、PXI軟件系統(tǒng)、測溫電橋、工控機(jī)及精密鉑電阻溫度計(jì)。

2.2 裝置軟件功能

裝置軟件設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

朝鮮戰(zhàn)爭爆發(fā)后，緬甸政府提出請美國培訓(xùn)300名軍官，以應(yīng)對中國可能的入侵，但沒得到美方的優(yōu)先考慮。[32]隨后，美國駐緬使館多次向白宮匯報(bào)，否認(rèn)中國入侵緬甸的可能性，[33]懷疑仰光在夸大中國的威脅，從而獲得更多的英美軍事援助。[34]

圖4 裝置軟件設(shè)計(jì)圖 Fig.4 Overall design of software device

數(shù)據(jù)收集、顯示與處理是構(gòu)成裝置軟件功能的重要部分。采集的數(shù)據(jù)是溫度檢測裝置正常實(shí)施的保證和關(guān)鍵。如果需要正確實(shí)現(xiàn)對溫度儀表的檢測，則必須精確收集被檢儀表的電流、電阻、溫度和標(biāo)準(zhǔn)器的溫度值，并把這些參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對比。采集溫度參數(shù)時(shí)，還需對采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，在存儲時(shí)可改變它的儲存路徑。

裝置將采集的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入到溫度顯示系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)處理。數(shù)據(jù)顯示模塊主要完成被檢儀表和標(biāo)準(zhǔn)器參數(shù)的即時(shí)顯示以及曲線對比顯示等功能。同時(shí)，繪制出每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器與每個(gè)被檢溫度儀表之間的實(shí)時(shí)直觀曲線對比圖。用戶可以直觀看出每個(gè)被檢溫度儀表的轉(zhuǎn)變狀態(tài)及數(shù)據(jù)變化。

上位機(jī)軟件系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)的采集與控制、對測試得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、記錄、查詢等功能。上位機(jī)軟件系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)便于使用的操作界面。該上位機(jī)軟件主要由數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)處理等模塊組成。這些模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、處理、顯示與記錄等功能。

在系統(tǒng)界面的數(shù)據(jù)采集欄中，用戶可以通過下拉的菜單欄來選擇采樣的通道、溫度源的類型(例如熱電阻等)、采樣率、最高溫度區(qū)間與最低溫度區(qū)間等選項(xiàng)。通過系統(tǒng)界面的顯示通道溫度選項(xiàng)，用戶可以實(shí)時(shí)看到溫度曲線。與此同時(shí)，為了滿足用戶對于將實(shí)

際溫度曲線與理論曲線進(jìn)行對比調(diào)查分析的需求，編制了對比分析顯示圖。為了實(shí)現(xiàn)對比分析的功能，將任意仿真曲線產(chǎn)生器與LabVIEW控件中的波形圖表相比較，通過設(shè)置顯示曲線圖的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了理論曲線與動(dòng)態(tài)曲線的同步顯示。

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器[8-14]LabVIEW的溫度檢測裝置，使測量得到的溫度數(shù)據(jù)更加精確直觀。基于虛擬儀器LabVIEW的溫度檢測裝置實(shí)用性更強(qiáng)。基于虛擬儀器LabVIEW的試驗(yàn)平臺，為試驗(yàn)結(jié)果提供了更準(zhǔn)確的保障，減少了不必要的資源浪費(fèi)。

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